Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

Warszawa, 26 października 2016
Inspiracja potrzebuje nowych narzędzi
Z prof. dr. hab. Maciejem Wojtkowskim, fizykiem, kierownikiem Zakładu Chemii Fizycznej
Układów Biologicznych, właśnie powstającego w Instytucie Chemii Fizycznej PAN
w Warszawie oraz zwycięzcą konkursu w prestiżowym europejskim grancie ERA Chairs,
rozmawia Jarosław Chrostowski, dziennikarz naukowy.
JCh: Chyba każdy student fizyki marzy, że to właśnie on zunifikuje teorie fizyczne. Z
doświadczenia wiem, że z tego na ogół się wyrasta, choć kiedy, to już sprawa dość
indywidualna. Pan wyrósł?
MW: Badania w naukach podstawowych co pewien czas przeżywają fazę szczególnie
dynamicznego rozwoju. XX wiek był właśnie takim okresem. To wtedy narodziły się nowe,
spektakularne idee, takie jak teoria względności czy mechanika kwantowa. W biologii nie mniej
rewolucyjne okazało się odkrycie kodu genetycznego. Ale po odkryciach podstawowych zawsze
powinien przychodzić okres ich konsumpcji, przekształcania części dokonań w narzędzia zdolne i
stymulować dalszy rozwój nauki, i podnosić standardy ludzkiego życia. Uważam, że dziś jesteśmy
zmuszeni do pracy nad pewną selekcją dotychczasowych osiągnięć, by ustalić, które z nich
można przekuć w nowe narzędzia poznawcze lub konkretne zastosowania. Nauka nie polega
wyłącznie na dodawaniu nowej wiedzy do starej, ale także – a może przede wszystkim – na
porządkowaniu już znanej, no i na korzystaniu z niej, z czym zresztą zawsze wiąże się jej dalszy
rozwój.
JCh: ...ale to postęp w badaniach podstawowych zwykle decyduje o dynamice rozwoju
nauki!
MW: To prawda. Patrzę jednak na nasze naukowe „teraz” przez pryzmat racjonalnych oczekiwań.
Tymczasem wiele wskazuje, że współczesna wiedza rozrosła się w stopniu, który przekracza
możliwości umysłowe nie tylko pojedynczych uczonych, ale nawet ich grup. Nikt już nie jest w
stanie samodzielnie i w pełni opanować matematyki wyższej, a przy opisie wielu zjawisk musimy
się odwoływać do pomocy superkomputerów. Kto wie, być może właśnie doszliśmy do etapu, na
którym na kolejny przełom naukowy przyjdzie nam poczekać do czasu narodzin jakichś nowych
form inteligencji? Trudno powiedzieć, czy byłaby to sztuczna inteligencja, od podstaw stworzona
przez człowieka, czy też nowa jakość pojawi się wtedy, gdy dzięki rozwojowi techniki wiele ludzkich
umysłów będzie mogło funkcjonować jak jeden. Jednak bez nowych narzędzi przetwarzania i
kojarzenia danych raczej nie powinniśmy się spodziewać szybkich i błyskotliwych przełomów, tak
charakterystycznych dla minionego wieku. Jest czas odkryć, jest czas budowy nowych narzędzi.
Im lepsze narzędzia, tym więcej świata możemy dostrzec, tym głębiej go zrozumieć i tym więcej
pytań zadać.
JCh: Czy zacieranie granic między dotychczasowymi dziedzinami nauki to proces
korzystny?
MW: Znam przypadek, gdy jedna osoba w laboratorium, badająca tunelowanie elektronów, jest
traktowana jako fizyk, a inna, zajmująca się tunelowaniem protonów, jako chemik. Dla mnie taki
podział jest zupełnie niezrozumiały. Gdy fizyk chce badać oddziaływanie światła z układami
złożonymi, a więc takimi jak komórki czy tkanki, czegokolwiek nie dotknie, ma to związek z biologią
czy chemią. Praca na styku tych trzech dziedzin jest więc czymś bardzo naturalnym, a
jednocześnie niezwykle ciekawym. Przy tym przynosi konkretne efekty, nie tylko w postaci
lepszego rozumienia wspomnianych mechanizmów oddziaływania światła z układami złożonymi,
ale także w formie urządzeń do obrazowania, budowanych z myślą o zastosowaniach w
medycynie czy biologii.
JCh: W 2012 roku otrzymał pan „polskiego nobla”, nagrodę Fundacji na rzecz Nauki
Polskiej. Za, cytuję: „opracowanie i wprowadzenie do praktyki okulistycznej metody
tomografii optycznej z detekcją fourierowską”. Hm. To za co była ta nagroda?
MW: Sam mam problem z poprawnym nazwaniem tego, czym się zajmuję. Tak naprawdę pracuję
nad metodami detekcji, które wykorzystują statystyczne właściwości światła. W przypadku materii
taką statystyczną właściwością jest temperatura: nie ma sensu pytać, jaką temperaturę ma
pojedynczy elektron czy proton, temperaturę może mieć tylko układ bardzo wielu atomów czy
cząsteczek. W przypadku światła tym, co mnie interesuje szczególnie, jest jego spójność. Okazuje
się, że dzięki niej można stworzyć formy opisu pozwalające dobrze charakteryzować informację
niesioną przez światło odbite od obiektu biologicznego lub takie, które przez ów obiekt przeszło.
Ale to wszystko nie jest proste. W układach złożonych często jest tak, że na drodze do naprawdę
interesujących struktur mamy coś, co w zasadzie jest nieprzezroczyste. Wtedy zaczyna się
zabawa.
JCh: Próbuje pan zajrzeć za ścianę po prostu na nią patrząc?
MW: Mniej więcej. Świętym Graalem jest tu możliwość głębokiego wnikania światłem w tkankę,
aby pod mikroskopem zobaczyć ostro wszystkie znajdujące się tam struktury. Żeby taki efekt
osiągnąć, trzeba jednak rozumieć, co dzieje się ze światłem, jak oddziałuje ono z układem
złożonym. Opis sprawia wiele problemów i z pozoru jest dość nieoczywisty, np. jest normą, że w
jednym miejscu trzeba traktować światło jako falę, a zaraz w innym jako zbiór fotonów. Dla mnie to
akurat najciekawsze tematy. Zresztą uważam, że jest tu jeszcze wiele miejsca na fascynujące
odkrycia.
JCh: Dlaczego?
MW: W fizyce, zwłaszcza teoretycznej, na ogół bada się układy jak najprostsze, a więc
wyidealizowane. W podobnym duchu realizuje się większość eksperymentów. Świetnie, ale w
którymś momencie dochodzimy do sytuacji, gdy w ramach aktualnych możliwości technicznych
mamy pewien w miarę ustalony zbiór takich doświadczeń i każde przez lata przyciągało całe
rzesze naukowców. Potencjał naukowy tych eksperymentów został więc w ogromnym stopniu
wyeksploatowany. W mojej dziedzinie taka sytuacja na szczęście jeszcze się nie pojawiła i w wielu
miejscach wciąż można być pionierem. Poza tym dochodzi tu jeszcze jeden aspekt. Nierzadko
mijają całe dekady nim odkrycia o charakterze fundamentalnym w jakikolwiek sposób przełożą się
na praktykę dnia codziennego. A ja lubię tworzyć coś, co może się przydać już dziś. No, najpóźniej
jutro. Zjawiska optyczne w układach złożonych dają mi taką możliwość. Właśnie taką naukę lubię
najbardziej: praktyczną, bliską życia, pozwalającą tworzyć rzeczy namacalne.
JCh: A lubi pan zmiany?
MW: Tak, zmiana to coś, co bardzo lubię. Naukowiec powinien być dynamiczny, elastyczny,
powinien móc wciąż konfrontować swoje poglądy z nowymi i cały czas się rozwijać. Ja na przykład
zdecydowałem się przenieść do Instytutu Chemii Fizycznej PAN nie dlatego, że w
dotychczasowym miejscu pracy było mi źle, a właśnie przeciwnie, dlatego, że zaczynało mi być za
dobrze. Nie chciałem wpaść w stagnację i rutynę. Zdolność do ciągłego rozwoju jest istotna w
każdej dziedzinie życia, lecz w nauce pełni rolę wręcz krytyczną. Dla dobrego naukowca mobilność
powinna być normą.
JCh: Powinna? Nie jest?
MW: W naszym kraju? Nie. My po prostu nie mamy warunków do mobilności. Gdy naukowiec z
jednego ośrodka w Polsce chce się przenieść do drugiego, na ogół musi budować wszystko od
podstaw, łącznie z infrastrukturą. To proces, który zajmuje długie lata. Skutek jest taki, że
przeniesienie się z jednego ośrodka naukowego do drugiego oznacza niemal pewną zawodową
śmierć. Aby mobilność naszych naukowców przestała być fikcją, w wielu ośrodkach w kraju
musiałaby zostać przekroczona pewna masa krytyczna umiejętności, specjalności, wiedzy, no i
wyposażenia.
JCh: ...a jednak zgłosił pan swoją kandydaturę do IChF PAN w konkursie na utworzenie
nowego zakładu w ramach grantu ERA Chairs, mimo że wiązała się z przeprowadzką do
stolicy.
MW: IChF PAN to specyficzny ośrodek naukowy, specyficzny jest też grant ERA Chairs. Sam
instytut nie tylko należy do najlepszych w swojej dziedzinie w kraju, ale także prowadzi badania o
nierzadko bardzo interdyscyplinarnym charakterze. W kontekście moich zainteresowań to ogromne
zalety. Do tego jako jeden z niewielu ośrodków w Polsce IChF PAN przeszedł gruntowną reformę
organizacyjną, w dobrym kierunku, bo nastawioną na promowanie skuteczności badań
naukowych. Zamiast pielęgnowania przywilejów naukowej wierchuszki, zamiast zhierarchizowanej,
sztywnej struktury, są tu grupy badawcze kierowane przez dynamicznych liderów, rozliczane za
konkretne wyniki. Ogromną zachętą był także sam grant ERA Chairs. Jego potencjał finansowy
jest tak duży, że pozwala realnie myśleć o szybkim rozruchu nowej grupy badawczej i podjęciu
nowych wyzwań.
JCh: W IChF PAN będzie pan tworzył własny zakład. Będzie więcej chemii, fizyki czy
biologii?
MW: Będziemy zajmowali się sposobami kontrolowania światła, tym, jak dopasować je, aby
wnikało w złożone struktury. Na pewno będą to próbki biologiczne. W IChF PAN prowadzi się na
przykład badania nad zjawiskami o charakterze termodynamicznym, zachodzącymi we wnętrzach
komórek czy w organellach. To świetne pole do popisu dla naszej grupy. Ale w samej chemii także
„jest wiele miejsc do zdobycia”. Nierzadko należałoby zbadać jakąś próbkę metodami
spektroskopowymi, a nie jest to możliwe standardowymi technikami z uwagi na silne rozpraszanie
światła. I już jest temat do rozmowy! Wyzwaniem będzie też dynamika. Teraz dość dobrze
rozumiemy, jak światło oddziałuje z obiektami nieruchomymi. W IChF PAN prowadzi się jednak
zaawansowane badania nad układami mikroprzepływowymi, gdzie mamy dziesiątki, setki, a nawet
tysiące poruszających się kropel. W każdej może zachodzić inna reakcja chemiczna, w każdej
może się rozwijać inna hodowla bakterii. Spróbujemy zajrzeć do wnętrza takich mikrokropel.
Kolejnym wyzwaniem będą zapewne kwestie informatyczne, związane z analizą dużych zbiorów
danych, czyli coś, co kryje się pod terminem big data.
JCh: Czy to wszystko w jakikolwiek sposób przełoży się na jakość życia „zwykłego
Kowalskiego”?
MW: Jednym z tematów, którymi będziemy się zajmować, jest poszukiwanie metod pozwalających
wydobyć ze światła informacje użyteczne z medycznego punktu widzenia. Chcielibyśmy dołożyć
własną cegiełkę do rozwoju medycyny spersonalizowanej. Już w niedalekiej przyszłości wiele
urządzeń do diagnostyki medycznej stanie się przenośnych i trafi do codziennego użytku, a
zbierane przez nie informacje będą na bieżąco monitorowane przez odpowiednio
wyspecjalizowane systemy informatyczne. I tak się składa, że większość czujników w tych
urządzeniach diagnostycznych korzysta z optyki. Możemy więc sobie wyobrazić, że m.in. dzięki
naszej pracy za jakiś czas będziemy mieli w smartfonach taką kamerkę i takie źródło światła, które
umożliwią szybkie zbadanie oka czy obserwację naczyń krwionośnych.
JCh: My, ludzie, wymyślamy wiele rzeczy. Niewiele z nich udaje się przekształcić w konkret.
MW: Ba, część naukowców w ogóle nie jest zainteresowana wdrożeniami lub nie ma możliwości
ich realizacji. Przyczyna leży głównie w złej organizacji pracy, często niezależnej od samych
uczonych – grupy badawcze są zbyt małe i homogeniczne, żeby były zdolne do prowadzenia prac,
których wyniki znajdą praktyczne zastosowania. W takich grupach naukowcy rozwiązują jakiś
problem, bo był ciekawy, a skoro go rozwiązali, to przechodzą do kolejnego. Z nauki robi się wtedy
taka trochę sztuka dla sztuki, szczególnie gdy nie ma firm, które mogłyby na podstawie tych odkryć
rozwijać własne, nowoczesne technologie. To wielkie marnotrawienie potencjału. Tymczasem
wystarczyłoby, żeby ktoś od razu zajął się dalszym ciągiem prac, które zresztą mogą się okazać
bardziej czasochłonne niż te pierwsze, bazujące na badaniach podstawowych. Niebezpieczna jest
też inna tendencja związana z wdrożeniami: badania, w których od początku wiadomo, jaki będzie
wynik. Nie rozumiem takich badań. To żadna nauka...
JCh: ...to wniosek o grant!
MW: Mniej więcej! A mówiąc poważniej: rozumiem niechęć części naukowców do wdrożeń czy
rozwoju nowych technologii, one są po prostu trudne, często niewdzięczne i bardzo przyziemne.
Przy odrobinie dobrej woli problemy można jednak przezwyciężyć. Sam od dobrych paru lat kieruję
spółką zajmującą się transferem metod optycznych do przemysłu. Nie jest to duża firma, jej rdzeń
składa się z zaledwie kilku osób z Instytutu Fizyki UMK, ale zrealizowaliśmy już kilka ciekawych
projektów.
JCh: Na przykład?
MW: Osoby korzystające z soczewek kontaktowych na pewno znają firmę Bausch & Lomb.
Zbudowaliśmy dla niej przyrząd, który pozwala badać soczewki zanurzone w płynie. Teraz bez
konieczności otwierania opakowania można sprawdzić, czy soczewka się nie deformuje i jak długo
utrzymuje swoje parametry optyczne. Rzecz brzmi prosto, ale to wcale nie było trywialne zadanie.
Soczewki kontaktowe to bardzo cienkie struktury, o dużej krzywiźnie i ekstremalnie małym
kontraście, a ich materiał ma własności niemal identyczne jak otaczająca go ciecz. W płynie
naprawdę trudno zobaczyć krawędzie takiej soczewki. Dla innego zleceniodawcy opracowaliśmy
metodę nieinwazyjnego, optycznego różnicowania komórek krwi z myślą o zastosowaniach w
czujnikach mikroprzepływowych. Takich projektów mamy na koncie więcej. Zaczynamy też
realizację kilku nowych, o których jako naukowiec bardzo chętnie bym opowiedział, lecz jako
prezes firmy współpracującej z przemysłem na tym etapie prac po prostu nie mogę.
JCh: Ile osób będzie liczył pański zakład?
MW: Mam nadzieję, że po czterech latach uda się zorganizować 2-3 grupy. Dotychczasowe
doświadczenia przekonują mnie, że optymalny rozmiar grupy to mniej więcej 15 osób. Powyżej tej
liczby pojawiają się problemy z zarządzaniem. Z kolei mniejsze grupy nie mają sensu, bo jeśli
chcemy być konkurencyjni w wyścigu światowym, musimy mieć odpowiednią dynamikę pracy.
Jeśli jej nie zapewnimy, w rywalizacji z innymi grupami na świecie nasze sukcesy będą mniej
więcej takie, jak kierowcy starej „Syrenki” w wyścigu Paryż-Dakar.
JCh: Wszystkie miejsca w grupach są już obsadzone?
MW: Mamy teraz rdzeń osobowy, który gwarantuje przeniesienie do IChF PAN kompetencji w
zakresie metod optycznego obrazowania struktur złożonych. Jednak cały czas poszukujemy
dobrze wykształconych i jeszcze lepiej zmotywowanych pracowników. Głównie chodzi o
doktorantów z fizyki, zainteresowanych nowymi sposobami badania procesów biologicznych, czy
chemików, którzy w niestandardowy sposób patrzą na układy złożone i biologię. Cennym
nabytkiem byłby elektronik, inżynier czy biotechnolog. Jesteśmy bardzo otwarci na nowe
doświadczenia i idee, pod warunkiem, że towarzyszy im kompetencja.
JCh: Zamierza pan rozwijać współpracę z innymi grupami badawczymi w kraju?
MW: Na pewno utrzymam kontakty z moją dotychczasową grupą w Instytucie Fizyki Uniwersytetu
Mikołaja Kopernika, przynajmniej do czasu zakończenia rozpoczętych grantów, a mam nadzieję,
że i długo później. Liczę, że uda się rozwinąć kilka projektów, które już zaczęliśmy realizować z
ośrodkami warszawskimi: Instytutem Biologii Doświadczalnej PAN i Wydziałem Biologii
Uniwersytetu Warszawskiego. Bardzo naturalne wydaje się zacieśnienie więzi z Centrum
Laserowym IChF PAN i Wydziału Fizyki UW. Mamy też rozbudowaną współpracę z grupami
zagranicznymi, dotyczącą różnych dziedzin.
JCh: Czy w Polsce można prowadzić badania na rzeczywiście przyzwoitym poziomie – i na
dodatek mieć z tego frajdę?
MW: Nie wiem jak inni, ja mam frajdę. Zaś co do potencjału naszej nauki... Czy muszę
odpowiadać?
JCh: Wie pan, wszystkie nasze dotychczasowe rządy finansowały polską naukę na
poziomie typowym dla państw Ameryki Łacińskiej i nie wyglądały na skrępowane. A ja
pytam tylko o ocenę...
MW: Mamy w kraju grupy naukowe, które funkcjonują bardzo dobrze, nie jest ich jednak wiele i są
rozproszone. Nie ma też mechanizmów na zapewnienie ich długotrwałej egzystencji i rozwoju,
nawet jeśli jakość badań jest na wysokim, światowym poziomie. Wyposażenie naszych
laboratoriów jest dziś porównywalne – jeśli nie lepsze – z tym, co mają przodujące grupy
badawcze świata. Tym, co naprawdę kuleje, jest organizacja pracy i zarządzanie grupami. No i
edukacja młodzieży. Obecny poziom kształcenia średniego i wyższego jest, delikatnie mówiąc,
mocno niedopasowany do wymogów intelektualnych stawianych przez jakąkolwiek dobrą grupę
badawczą.
JCh: Brak nam idealistów czy praktyków?
MW: Nauka musi stawiać otwarte pytania, niekiedy wręcz szalone. To jest w niej najpiękniejsze.
Lecz powtórzę: dziś w nauce trudno wskazać nowe, naprawdę głębokie i rzeczywiście obiecujące
idee. Uważam, że nie dokonamy żadnych prawdziwych przełomów, jeśli najpierw nie stworzymy
nowych narzędzi. Dziś to nie przyroda, ale właśnie nowe narzędzia mają potencjał, by stać się dla
nas głównym źródłem inspiracji. Dlatego ja stawiam na praktyków. Zwłaszcza kompetentnych i z
niebanalną wyobraźnią.
JCh: Dziękuję za rozmowę.
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych
instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii
fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w dziewięciu zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu
Zakład Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in.
w rolnictwie i farmacji. Instytut publikuje około 200 oryginalnych prac badawczych rocznie.
KONTAKT:
prof. dr hab. Maciej Wojtkowski
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie
tel. +48 22 3433297, +48 22 3433283
email: [email protected]
POWIĄZANE STRONY WWW:
http://www.ichf.edu.pl/
Strona Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.
http://www.ichf.edu.pl/press/
Serwis prasowy Instytutu Chemii Fizycznej PAN.
http://www.ichfdlafirm.pl/
Oferta Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk skierowana do przedsiębiorców i przemysłu.
MATERIAŁY GRAFICZNE:
IChF161026b_fot01s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2016/10/IChF161026b_fot01.jpg
Prof. dr hab. Maciej Wojtkowski, laureat nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, w ramach grantu ERA Chairs uruchamia w Instytucie
Chemii Fizycznej PAN w Warszawie Zakład Chemii Fizycznej Układów Biologicznych. (Źródło: IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski)
IChF161026b_fot02s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2016/10/IChF161026b_fot02.jpg
Zaawansowane metody obrazowania optycznego to tematyka badana przez prof. dr. hab. Macieja Wojtkowskiego w nowym zakładzie
Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie. (Źródło: IChF PAN, Grzegorz Krzyżewski)